01-06-2010, 12:38 AM
Từ trước tới nay , ở nước ta chất keo tụ được sử dụng để lắng trong nước sinh hoạt là nhôm sunfat (thường gọi là phèn đơn) hoặc nhôm kali, nhôm amon sunfat (thường gọi chung là phèn kép) hoặc dung dịch phèn nước (thông thường là dung dịch (phèn nhôm sắt). Nhằm phòng chống một số bệnh tật, bệnh dịch người ta còn sử dụng một số hóa chất khác như clo (clo lỏng, nước javen, bột tẩy) có tác dụng diệt khuẩn; vôi để hiệu chỉnh độ pH; natri silicofluorua chống bệnh sâu răng; polyacrylat để hoàn thiện quá trình lắng trong nước...
Nhu cầu nước sinh hoạt sẽ tăng vọt lên trong những năm tới đòi hỏi phải tăng cường sản xuất và cung cấp những hóa chất xử lý nước cũng như ứng dụng những tiến bộ kỹ thuật vào sản xuất các hóa chất có hiệu quả xử lý nước tốt hơn các loại phèn đơn, phèn kép truyền thống đã sử dụng hàng trăm năm nay.
Dưới đây chúng tôi xin phép được trình bày một số hiểu biết về một vài chất keo tụ thu thập được từ các nguồn tài liệu trong và ngoài nước.
Những phèn nhôm truyền thống
Trước tiên là nhôm sunfat sản xuất từ axit sunfuric và một vật liệu chứa nhôm như đất sét, cao lanh, quặng bôxit, nhôm hydroxit.
Khi sử dụng nhôm hydroxit, sản phẩm thu được có chất lượng tốt nhất: hàm lượng nhôm oxit Al2O3 có thểđạt tới 17% đồng thời hàm lượng sắt oxit Fe2O3 có thể dưới 0,04%. Khi dùng nguyên liệu chứa nhôm khác, chất lượng sản phẩm thường thấp hơn và tiêu hao nguyên vật liệu thường cao hơn.
Công thức chung của nhôm sunfat là Al2(SO4)3.nH2O, thường gặp Al2(SO4)3.18H2 chứa 15% Al2O3. Tùy theo điều kiện sản xuất, có thể thu được nhiều loại tinh thể nhôm sunfat hydrat hóa khác nhau trong đó giá trị của n có thể là 18,,16, 27,...
Khi cho thêm kali sunfat vào quá trình phản ứng, ta thu được nhôm kali sunfat (potash alum) có công thức phân tử là Al2(SO4)3.K2SO4.24H2O hay AlK(SO4)2. 12H2O. Trường hợp dùng amôn sunfat, thu được phèn kép nhôm amôn (ammonia alum) có công thức phân tử là Al2(SO4)3.(NH4)2SO4.24H2O hay Al(NH4)(SO4)2. 12H2O.
Việt Nam mới có Tiêu chuẩn của đơn vị sản xuất, thường quy định chung là Al2O3 > 10,3% mặc dù chất lượng phèn kép nhôm amôn luôn cao hơn 11,1% Al2O3.
Ở miền Bắc nước ta, sản xuất phèn đơn thường đi từ cao lanh; còn ở rniền Nam, lại sử dụng nguyên liệu nhôm hydroxit. Chất lượng các loại phèn nhôm sản xuất trong nước tương đương với chất lượng các sản phẩm cùng chủng loại của nước ngoài. Tuy nhiên, hiện nay, người ta bắt đã quan tâm đến những chất keo tụ mới nhiều hơn vì ban thân nhôm sunfat bộc lộ một số nhược điểm:
- Làm giảm độ pH của nước sau xử lý, bắt buộc phải dùng vôi để hiệu chỉnh lại độ pH dẫn đến chi phí sản xuất tăng.
- Khi cho quá liều lượng cần thiết xảy ra hiệu tượng keo tụ bị phá huỷ làm cho nước đục trở lại. Như vậy, khi độ đục, độ màu nước nguồn cao, nhôm sunfat kém tác dụng.
- Phải dùng thêm một số phụ gia trợ keo tụ, trợ lắng...
- Hàm lượng nhôm tồn dư trong nước sau xử lý cao hơn so với khi dùng chất keo tụ khác và có thể cao hơn mức quy định vệ sinh
(0,2mg/l)
Những chất muối nhôm kiềm tính
Đó là những muối nhôm mà công thức phân tử của chúng có chứa những gốc hydroxyl OH-. Ta có thể coi những chất poly. nhôm clorua (PAC) như là sản phẩm tạo thành bởi phản ứng không triệt để giữa axit clohydric và nhôm hydroxit theo phương trình:
nAl(OH)3 + (3n-m)HCl -> Aln(OH)mCl3n-m + (3n-m)H2O
Tương tự, trong công thức phân tử Aln(OH)m(SO4)kCl3n-m-2k của chất poly nhôm cloro sunfat (WAC) có một số ion Cl- bị thay thế bởi những gốc hydroxyl OH và những gốc sunfat SO4-. Còn trong công thức phân tử của những chất poly nhôm clorua silicatb (PACS) và poly nhôm sunfat sillcat (PASS) lại chứa những gốc silicat SiO3-- hay những nhóm silic oxit SiO2. Khi hoà tan vào nước chúng tạo thành những cation phức hydroxo - nhôm có khối lượng lớn hơn so với trường hợp dùng nhôm sunfat.
Trong việc thử nghiệm chất PAC Trung Quốc vào xử lý nước sông Hồng, nước sông Nhuệ, các chuyên gia Viện Hóa học - TKHTN&CNQG đã kết luận (tài liệu Hội thảo chuyên đề trang 214-215)
" PAC có rất nhiều ưu điểm so với phèn nhôm trong quá trình keo tụ: ít tác động pH, liều lượng thấp, ít gây ăn mòn thiết bị, đặc biệt đối với nước có độ đục và độ kiềm cao;
- Các tạp chất khác ở trong nước như chất hữu cơ, ion photphat, sunfat có ảnh hưởng lớn lên quá trình keo tụ của PAC, làm thay đổi cơ chế keo tụ;
- Không tìm thấy mối quan hệ tuyến tính giữa liều lượng PAC với độ đục ban đầu của nước, vì vậy trước khi sử dụng cần tiến hành thí nghiệm trước.
Các chuyên gia nói trên đã đi đến nhận định "Tuy nhiên việc áp dụng riêng rẽ PAC trong nhiều trường hợp đối với nguồn Việt Nam là không thích hợp" (Tài liệu đã dẫn, trang 206) và nghiên cứu sáng tạo chất keo tụ mới PACN-95 mà thành phần phối liệu của nó như sau:
Po ly nhôm clorua Trung Quốc (Al2O3 28%) -75% .
Xanthan gum biến tính 7-10%
Chitosan biến tính 2-3%
Các chất phụ trợ 12-16%
Tác dụng keo tụ của chất PACN-95 dựa trên cơ sở tính chất keo tụ của PAC Trung Quốc và được tăng cường bởi những thành phần phối liệu khác. Các kết quả thử nghiệm và ứng dụng chất PACN-95 vào xử lý nước sinh hoạt ở 3 Công ty cấp nước tinh Nghệ An, Hải Hưng, Nam Hà đã được tổng kết và báo cáo là PACN-95 cơ ưu thế hơn hẳn phèn nhôm.
Tuy nhiên, điều phân vân là tính hiệu quả kinh tế ra sao khi so sánh?
Cho tới nay, qua báo chí và thông tin thu lượm được, chúng tôi được biết các Công ty Cấp nước (kể cả Công ty Cấp nước thành phố Hồ Chí Minh) đều tập trung vào công cuộc cải tạo mở rộng và xây mới cơ sở sản xuất chứ chưa phát biểu về việc có thay hay không thay phèn nhôm bằng chất keo tụ khác. Trong khi đó Công ty Cấp nước Bình An (dạng BOT) đang khẩn trương thi công để có thể huy động vào sản xuất trong quý 4/1999 đã thông báo vẫn dùng phèn nhôm để lắng trong nước.
Sắt III clorua
Đây là sản phẩm thu được bằng cách cho phôi sắt tác dụng với axit clohydric rồi tiếp tục oxy hóa bởi một chất oxy hóa như khí clo theo các phương trình phản ứng:
Fe + 2HCl --> FeCl2 + H2
2FeCl2 + Cl2 --> 2FeCl3
Nước ta đã sản xuất FeCl3 nhưng hiếm có thông tin sử dụng FeCl3 vào việc xử lý nước.
Một số suy nghĩ và đề xuất
Xuất phát từ các suy nghĩ:
1 Phèn nhôm kém hiệu quả khi xử lý nước nguồn có độ đục và độ kiềm cao, nhưng ưu thế của PAC lại không rõ rệt đối với nước nguồn có độ đục thấp và nghiêng về axit, trung tinh. Không thể thuyết phục các cơ sở đang ổn đinh sản xuất và cung cấp nước sinh hoạt phải thay đổi chất keo tụ khi phèn nhôm vẫn phát huy hiệu quả tốt. Ngược lại, ở những cơ sở sử dụng nước nguồn có độ đục quá cao (tới vài trăm hay trên một nghìn đơn vị NTU), việc sử dụng PACN-95 hay PAC rất hợp lý.
2. Không thể xem nhẹ tác động của đơn giá chất keo tụ về tới Công ty cấp nước lên giá thành nước sinh hoạt. Đơn giá của PAC (tất nhiên dẫn tới đơn giá PACN-95), của WAC, PACS. . . đều cao hơn đơn giá phèn nhôm.
3. Nguyên liệu có hiệu quả nhất trong việc sản xuất nhôm sunfat là nhôm hydroxit và axit sunfunc. Nguyên liệu cho sản xuất PAC là nhôm hydroxit và axil clohydric; còn nguyên liệu cho sản xuất WAC là nhôm hydroxit, axit clohydric và axit sunfuric. Sản xuất PAClà một biện pháp hữu hiệu cho việc thăng bằng khí clo của các nhà máy xút - clo nhưng lại là tiền đề bắt buộc phải tìm kiểm nguồn tiêu thụ mới cho một lượng lớn axit sufuric do không sản xuất phèn nhôm (khoảng 0,5 tấn axit một tấn phèn nhôm). Một dây chuyền công nghệ sản xuất WAC của hãng Krebs (Pháp) , có khả năng cho ta 3 sản phẩm nhôm suafat, PAC và WAC tùy theo chế độ điều hành. Việc điều hành sản xuất chất keo tụ là tuy theo nhu cầu ở từng thời điểm từng thời gian của thị trường trong nước và yêu cầu xuất khẩu.
4: Tín hiệu "bật đèn xanh" cho việc sản xuất chất keo tụ mới thay thế phèn nhôm (nếu có) chỉ có thể bắt đầu khi công cuộc nghiên cứu đã có kết quả mỹ mãn. Về phần mình, các nhà sản xuất phèn nhôm cần bám sát thông tin để kịp thời có đối sách thích hợp nhưng dẫu sao vẫn phải đi sau các nhà nghiên cứu, hộ tiêu thụ một bước.
Vì vậy chúng tôi mạn phép đề xuất:
* Vẫn duy trì sản xuất và sử dụng song song cả phèn nhôm lẫn PACN-95 hay PAC... tùy theo địa phương ít nhất tới đầu thiền kỷ tới (khoảng 2003-2010). Việc điều hành sản xuất chất keo tụ nằm trong tầm tay Tổng công ty Hóa chất Việt Nam. Phấn đấu tự sản xuất hoàn toàn bằng nguyên hệu trong nước không nhập ngoại. Tăng cường sản xuất nhôm hydroxit, tiến tới sử dụng nguyê liệu nhôm hydroxit thay thế hoàn toàn cao lanh, bôxit trong việc sản xuất phèn nhôm.
* Cần thiết được nghiên cứu sâu rộng hơn để khẳng định chất keo tụ lắng trong nước sẽ sử dụng trong tương lai. Vốn đầu tư cho đề tài nghiên cứu này (jaltest và pilôt) phải do Nhà nước cấp và giao cho một cơ quan chuyên môn đảm nhiệm.
Thời gian kết thúc đề tài không nên chậm quá năm 2000 để các nhà sản xuất sớm triển khai phần việc của mình đảm bảo ổn đinh sản xuất chất keo tụ được lựa chọn (nếu phải bãi bỏ phèn nhôm) vào năm 2002-2003.
Nhu cầu nước sinh hoạt sẽ tăng vọt lên trong những năm tới đòi hỏi phải tăng cường sản xuất và cung cấp những hóa chất xử lý nước cũng như ứng dụng những tiến bộ kỹ thuật vào sản xuất các hóa chất có hiệu quả xử lý nước tốt hơn các loại phèn đơn, phèn kép truyền thống đã sử dụng hàng trăm năm nay.
Dưới đây chúng tôi xin phép được trình bày một số hiểu biết về một vài chất keo tụ thu thập được từ các nguồn tài liệu trong và ngoài nước.
Những phèn nhôm truyền thống
Trước tiên là nhôm sunfat sản xuất từ axit sunfuric và một vật liệu chứa nhôm như đất sét, cao lanh, quặng bôxit, nhôm hydroxit.
Khi sử dụng nhôm hydroxit, sản phẩm thu được có chất lượng tốt nhất: hàm lượng nhôm oxit Al2O3 có thểđạt tới 17% đồng thời hàm lượng sắt oxit Fe2O3 có thể dưới 0,04%. Khi dùng nguyên liệu chứa nhôm khác, chất lượng sản phẩm thường thấp hơn và tiêu hao nguyên vật liệu thường cao hơn.
Công thức chung của nhôm sunfat là Al2(SO4)3.nH2O, thường gặp Al2(SO4)3.18H2 chứa 15% Al2O3. Tùy theo điều kiện sản xuất, có thể thu được nhiều loại tinh thể nhôm sunfat hydrat hóa khác nhau trong đó giá trị của n có thể là 18,,16, 27,...
Khi cho thêm kali sunfat vào quá trình phản ứng, ta thu được nhôm kali sunfat (potash alum) có công thức phân tử là Al2(SO4)3.K2SO4.24H2O hay AlK(SO4)2. 12H2O. Trường hợp dùng amôn sunfat, thu được phèn kép nhôm amôn (ammonia alum) có công thức phân tử là Al2(SO4)3.(NH4)2SO4.24H2O hay Al(NH4)(SO4)2. 12H2O.
Việt Nam mới có Tiêu chuẩn của đơn vị sản xuất, thường quy định chung là Al2O3 > 10,3% mặc dù chất lượng phèn kép nhôm amôn luôn cao hơn 11,1% Al2O3.
Ở miền Bắc nước ta, sản xuất phèn đơn thường đi từ cao lanh; còn ở rniền Nam, lại sử dụng nguyên liệu nhôm hydroxit. Chất lượng các loại phèn nhôm sản xuất trong nước tương đương với chất lượng các sản phẩm cùng chủng loại của nước ngoài. Tuy nhiên, hiện nay, người ta bắt đã quan tâm đến những chất keo tụ mới nhiều hơn vì ban thân nhôm sunfat bộc lộ một số nhược điểm:
- Làm giảm độ pH của nước sau xử lý, bắt buộc phải dùng vôi để hiệu chỉnh lại độ pH dẫn đến chi phí sản xuất tăng.
- Khi cho quá liều lượng cần thiết xảy ra hiệu tượng keo tụ bị phá huỷ làm cho nước đục trở lại. Như vậy, khi độ đục, độ màu nước nguồn cao, nhôm sunfat kém tác dụng.
- Phải dùng thêm một số phụ gia trợ keo tụ, trợ lắng...
- Hàm lượng nhôm tồn dư trong nước sau xử lý cao hơn so với khi dùng chất keo tụ khác và có thể cao hơn mức quy định vệ sinh
(0,2mg/l)
Những chất muối nhôm kiềm tính
Đó là những muối nhôm mà công thức phân tử của chúng có chứa những gốc hydroxyl OH-. Ta có thể coi những chất poly. nhôm clorua (PAC) như là sản phẩm tạo thành bởi phản ứng không triệt để giữa axit clohydric và nhôm hydroxit theo phương trình:
nAl(OH)3 + (3n-m)HCl -> Aln(OH)mCl3n-m + (3n-m)H2O
Tương tự, trong công thức phân tử Aln(OH)m(SO4)kCl3n-m-2k của chất poly nhôm cloro sunfat (WAC) có một số ion Cl- bị thay thế bởi những gốc hydroxyl OH và những gốc sunfat SO4-. Còn trong công thức phân tử của những chất poly nhôm clorua silicatb (PACS) và poly nhôm sunfat sillcat (PASS) lại chứa những gốc silicat SiO3-- hay những nhóm silic oxit SiO2. Khi hoà tan vào nước chúng tạo thành những cation phức hydroxo - nhôm có khối lượng lớn hơn so với trường hợp dùng nhôm sunfat.
Trong việc thử nghiệm chất PAC Trung Quốc vào xử lý nước sông Hồng, nước sông Nhuệ, các chuyên gia Viện Hóa học - TKHTN&CNQG đã kết luận (tài liệu Hội thảo chuyên đề trang 214-215)
" PAC có rất nhiều ưu điểm so với phèn nhôm trong quá trình keo tụ: ít tác động pH, liều lượng thấp, ít gây ăn mòn thiết bị, đặc biệt đối với nước có độ đục và độ kiềm cao;
- Các tạp chất khác ở trong nước như chất hữu cơ, ion photphat, sunfat có ảnh hưởng lớn lên quá trình keo tụ của PAC, làm thay đổi cơ chế keo tụ;
- Không tìm thấy mối quan hệ tuyến tính giữa liều lượng PAC với độ đục ban đầu của nước, vì vậy trước khi sử dụng cần tiến hành thí nghiệm trước.
Các chuyên gia nói trên đã đi đến nhận định "Tuy nhiên việc áp dụng riêng rẽ PAC trong nhiều trường hợp đối với nguồn Việt Nam là không thích hợp" (Tài liệu đã dẫn, trang 206) và nghiên cứu sáng tạo chất keo tụ mới PACN-95 mà thành phần phối liệu của nó như sau:
Po ly nhôm clorua Trung Quốc (Al2O3 28%) -75% .
Xanthan gum biến tính 7-10%
Chitosan biến tính 2-3%
Các chất phụ trợ 12-16%
Tác dụng keo tụ của chất PACN-95 dựa trên cơ sở tính chất keo tụ của PAC Trung Quốc và được tăng cường bởi những thành phần phối liệu khác. Các kết quả thử nghiệm và ứng dụng chất PACN-95 vào xử lý nước sinh hoạt ở 3 Công ty cấp nước tinh Nghệ An, Hải Hưng, Nam Hà đã được tổng kết và báo cáo là PACN-95 cơ ưu thế hơn hẳn phèn nhôm.
Tuy nhiên, điều phân vân là tính hiệu quả kinh tế ra sao khi so sánh?
Cho tới nay, qua báo chí và thông tin thu lượm được, chúng tôi được biết các Công ty Cấp nước (kể cả Công ty Cấp nước thành phố Hồ Chí Minh) đều tập trung vào công cuộc cải tạo mở rộng và xây mới cơ sở sản xuất chứ chưa phát biểu về việc có thay hay không thay phèn nhôm bằng chất keo tụ khác. Trong khi đó Công ty Cấp nước Bình An (dạng BOT) đang khẩn trương thi công để có thể huy động vào sản xuất trong quý 4/1999 đã thông báo vẫn dùng phèn nhôm để lắng trong nước.
Sắt III clorua
Đây là sản phẩm thu được bằng cách cho phôi sắt tác dụng với axit clohydric rồi tiếp tục oxy hóa bởi một chất oxy hóa như khí clo theo các phương trình phản ứng:
Fe + 2HCl --> FeCl2 + H2
2FeCl2 + Cl2 --> 2FeCl3
Nước ta đã sản xuất FeCl3 nhưng hiếm có thông tin sử dụng FeCl3 vào việc xử lý nước.
Một số suy nghĩ và đề xuất
Xuất phát từ các suy nghĩ:
1 Phèn nhôm kém hiệu quả khi xử lý nước nguồn có độ đục và độ kiềm cao, nhưng ưu thế của PAC lại không rõ rệt đối với nước nguồn có độ đục thấp và nghiêng về axit, trung tinh. Không thể thuyết phục các cơ sở đang ổn đinh sản xuất và cung cấp nước sinh hoạt phải thay đổi chất keo tụ khi phèn nhôm vẫn phát huy hiệu quả tốt. Ngược lại, ở những cơ sở sử dụng nước nguồn có độ đục quá cao (tới vài trăm hay trên một nghìn đơn vị NTU), việc sử dụng PACN-95 hay PAC rất hợp lý.
2. Không thể xem nhẹ tác động của đơn giá chất keo tụ về tới Công ty cấp nước lên giá thành nước sinh hoạt. Đơn giá của PAC (tất nhiên dẫn tới đơn giá PACN-95), của WAC, PACS. . . đều cao hơn đơn giá phèn nhôm.
3. Nguyên liệu có hiệu quả nhất trong việc sản xuất nhôm sunfat là nhôm hydroxit và axit sunfunc. Nguyên liệu cho sản xuất PAC là nhôm hydroxit và axil clohydric; còn nguyên liệu cho sản xuất WAC là nhôm hydroxit, axit clohydric và axit sunfuric. Sản xuất PAClà một biện pháp hữu hiệu cho việc thăng bằng khí clo của các nhà máy xút - clo nhưng lại là tiền đề bắt buộc phải tìm kiểm nguồn tiêu thụ mới cho một lượng lớn axit sufuric do không sản xuất phèn nhôm (khoảng 0,5 tấn axit một tấn phèn nhôm). Một dây chuyền công nghệ sản xuất WAC của hãng Krebs (Pháp) , có khả năng cho ta 3 sản phẩm nhôm suafat, PAC và WAC tùy theo chế độ điều hành. Việc điều hành sản xuất chất keo tụ là tuy theo nhu cầu ở từng thời điểm từng thời gian của thị trường trong nước và yêu cầu xuất khẩu.
4: Tín hiệu "bật đèn xanh" cho việc sản xuất chất keo tụ mới thay thế phèn nhôm (nếu có) chỉ có thể bắt đầu khi công cuộc nghiên cứu đã có kết quả mỹ mãn. Về phần mình, các nhà sản xuất phèn nhôm cần bám sát thông tin để kịp thời có đối sách thích hợp nhưng dẫu sao vẫn phải đi sau các nhà nghiên cứu, hộ tiêu thụ một bước.
Vì vậy chúng tôi mạn phép đề xuất:
* Vẫn duy trì sản xuất và sử dụng song song cả phèn nhôm lẫn PACN-95 hay PAC... tùy theo địa phương ít nhất tới đầu thiền kỷ tới (khoảng 2003-2010). Việc điều hành sản xuất chất keo tụ nằm trong tầm tay Tổng công ty Hóa chất Việt Nam. Phấn đấu tự sản xuất hoàn toàn bằng nguyên hệu trong nước không nhập ngoại. Tăng cường sản xuất nhôm hydroxit, tiến tới sử dụng nguyê liệu nhôm hydroxit thay thế hoàn toàn cao lanh, bôxit trong việc sản xuất phèn nhôm.
* Cần thiết được nghiên cứu sâu rộng hơn để khẳng định chất keo tụ lắng trong nước sẽ sử dụng trong tương lai. Vốn đầu tư cho đề tài nghiên cứu này (jaltest và pilôt) phải do Nhà nước cấp và giao cho một cơ quan chuyên môn đảm nhiệm.
Thời gian kết thúc đề tài không nên chậm quá năm 2000 để các nhà sản xuất sớm triển khai phần việc của mình đảm bảo ổn đinh sản xuất chất keo tụ được lựa chọn (nếu phải bãi bỏ phèn nhôm) vào năm 2002-2003.